Электростатика

R
n
п
-слоя, коллектор-
ный потенциал 
к
и потенциал под омическим контактом 
В
совпадают с точностью до 10
-3
В, т. е. 
к
В
. Такого же уровня 
достигает потенциал подложки . Следовательно, распределен-
ный
р
+
-п
-переход находится под нулевым смещением. При 
включении света за счет внутреннего фотоэффекта происходит 
зарядка распределенного 
р
+
-п
-перехода и возникает инжекция 
дырок из подложки в 
п
-слой. При этом часть дырок попадает в 
коллекторную область встроенной локальной 
п-р-п
-структуры. 
Для дырок в 
п
-слое коллекторный переход является экстракто-
ром, благодаря чему они поступают в 
р
-базу локального тран-
зистора и скапливаются в ней. Последнее обстоятельство при-
водит к понижению потенциального барьера эмиттерного 
n
+
-р
-
перехода и инжекции электронов из 
п
-эмитгера в узкую 
р
-базу, 
после пролета которой они оказываются в 
n
-слое структуры. 
Возникает электронный ток 
I
n
, протекающий по 
п
-слою вдоль 
распределенного 
р
+
-п
-перехода к омическому контакту. Следу-
ет иметь в виду, что этот электронный ток во много раз больше 
тока дырок, поступающих в 
р
-базу локального транзистора. 
Падение напряжения
I
n
R
n
на распределенном сопротивле-
нии 
n
-слоя (
R
n
= 3 - 5 кОм) приводит к снижению потенциала 
к
вблизи коллекторного перехода 

---

155 
к
=
U
АВ
- 
I
n
R
n
.

 
(4.22) 
Поскольку потенциал подложки вследствие ее высокого 
уровня легирования можно считать независимым от координа-
ты, то смещение на распределенном 
р
+
-п
-переходе вдоль него 
изменяется. Прямое смещение этого перехода под коллектором 
локального транзистора увеличивается, а в остальной, большей 
его части, сначала уменьшается, а затем становится отрица-
тельным. Инжекция дырок из 
р
+
-области в 
р
-базу транзистора 
при этом растет, что в свою очередь вызывает еще больший пе-
рекос в смещении 
р
+
-п
-перехода и т. д. Процесс развивается ла-
винообразно и приводит транзистор в режим насыщения. 
Вольтамперная характеристика структуры имеет S-
образный вид, и в этом случае следует ожидать токовую неус-
тойчивость. 
При небольших уровнях фототока основной поток дырок 
в 
р
-область локального транзистора поступает из 
p
+
-подложки 
за счет двух процессов: перераспределения фототока и переза-
рядов барьерной емкости 
р
+
-n
-перехода. В начале процесса 
дырки, образующиеся вследствие внутреннего фотоэффекта, 
захватываются полем объемного заряда 
р-п
-перехода и пере-
брасываются в 
р-
подложку, благодаря чему он весь равномерно 
переходит в состояние прямого смешения (до 0,3 В). Вследст-
вие этого дырки также равномерно инжектируются в 
n
-слой по 
всей площади распределенного перехода, и в базу транзистор-
ной структуры поступает лишь небольшая их часть, определяе-
мая величиной площади этого перехода, расположенной под 
коллектором локальной структуры. Вследствие развивающейся 
описанной выше петли положительной обратной связи (вклю-
чающей ток вдоль 
п
-слоя, падение потенциала 
к
и рост прямо-
го смещения на 
р
+
-п
-переходе) распределенный переход оказы-
вается бисмещенным, происходит перераспределение инжекци-
онного тока дырок, в результате чего все фотодырки, собранные 
основной обратносмещенной частью 
p
+
-n
-перехода, поступают 

---

156 
через прямосмещенную часть в базу локальной транзисторной 
структуры. К этому току добавляется ток перезарядки емкости 
р
+
-n
-перехода 
через открытую вертикальную 
n
+
-р-п-р
+
-
структуру. Оценки показывают, что начальный всплеск тока в 
импульсе носит емкостный характер, и его амплитуда линейно 
зависит от разности потенциалов на структуре. 
После прекращения перезарядки 
р
+
-n
-перехода количест-
во дырок, поступающих в базу локальной транзисторной струк-
туры, резко сокращается и остается только поток «фотодырок». 
Концентрация их в базе из-за рекомбинации резко сокращается 
и все большая часть коллекторного перехода выходит из насы-
щения, сопротивление растекания коллектора увеличивается, 
коллекторный ток снижается и площадь прямосмещенной части 
p
+
- n
-перехода уменьшается. 
Если фототок настолько велик, что ток вдоль 
р
+
-n
-
перехода обеспечивает сохранение на нем прямосмещенного 
участка, то структура остается открытой. В противном случае 
она переходит в закрытое состояние, и весь процесс повторяет-
ся (автоколебательный режим). Таким образом, в процессе раз-
вития импульса 
р
+
-n
-переход проходит четыре состояния: с ну-
левым смещением, прямосмещенное, обратносмещенное и бис-
мещенное. Последнее обстоятельство послужило основанием 
для названия структуры и прибора. 
Возможности практического применения БИСПИНов оп-
ределяются их многофункциональностью, высокой чувстви-
тельностью по входу; большой амплитудой выходного сигнала; 
малыми темповыми токами; широким диапазоном перестройки; 
большой крутизной преобразования «аналоговый сигнал - час-
тота следования импульсов»; наличием на выходе сигналов 
двух типов - релаксационного токового и пилообразного (на-
пряжения); широким диапазоном напряжений питания; боль-
шим интервалом сопротивления нагрузки. 

---

157 
Особого внимания заслуживает вопрос о применении 
БИСПИНов в устройствах контроля. Здесь возможны два на-
правления: 
- использование БИСПИНа как датчика, например, свето-
вого потока, температуры, тока, напряжения и т. д. 
- использование БИСПИНа в качестве преобразователя 
«аналоговый сигнал - частота» для любых стандартных и вы-
пускаемых промышленностью датчиков. 
На основе БИСПИН-приборов созданы различные типы 
датчиков с частотным выходом: оптоэлектронные преобразова-
тели, преобразователь типа «аналоговый сигнал -количество 
импульсов», измеритель световых, магнитных потоков. Значи-
тельный интерес представляют датчики различных физических 
параметров, реализованные на БИСПИН-приборах. В этом слу-
чае резко повышается точность измерений, появляется возмож-
ность передачи данных по радиоканалу. На основе БИСПИН-
приборов разработаны датчики для дистанционного контроля в 
системах экологического мониторинга. 
Частотный выход датчиков на основе БИСПИН-приборов 
позволил создать на их основе комплект интеллектуальных дат-
чиков для экологического мониторинга. Частотный выход 
БИСПИН-структур позволяет на их основе реализовать переда-
чу телеинформации по радиоканалу. На этом принципе реали-
зованы датчик магнитного поля, измеритель мощности свето-
вых потоков, датчик температуры с использованием термистора 
и др. 
Следует заметить, что вся эта схема может быть реализо-
вана в виде одной интегральной схемы. Одновременно можно 
разместить несколько датчиков для контроля нескольких физи-
ческих величин. Реально встроить схемы автоматического пе-
реключения каналов, адаптации к изменению эксплуатацион-
ных условий, схем промежуточной обработки информации. Та-
кие конструкции получили название